“等效平衡”的問題已有較多的文章見諸報刊雜志,但在教學實踐中教師和學生還是感到困難重重。如何突破這一難點,讓學生不僅易于掌握,而且能靈活應用,就成為教學研究的一個重要課題。本文結合我們多年的教學實踐進行一些探討,力求有所突破。 一、難點分類 “等效平衡”的教學難點:一是“等效平衡”概念,在相同條件下的同一可逆反應里,建立的兩個或多個化學平衡中,各同種物質的含量相同,這些化學平衡均屬等效平衡(包括“等同平衡”)。關鍵是“各同種物質的含量相同”;二是“等效平衡”在恒溫恒容條件下的應用;三是在恒溫恒壓條件下的應用;四是在計算中的應用。 二、難點分散滲透 為了突破難點,我們在教學中將上述難點分散滲透在三節課中。 1.先滲透“等效平衡”概念,并舉例讓學生學會判斷哪些屬于等效平衡,哪些不屬于等效平衡。再討論第一類:在恒溫恒容條件下的應用。 例1.恒溫恒容:(1)A容器中加入1gSO2和1gO2反應達到平衡,SO2的轉化率為a%,另一同溫同容的B容器中加入2gSO2和2gO2反應達到平衡,SO2的轉化率為b%,則a%____________b%。 (2)2HI H2+I2(氣)平衡,增大HI的物質的量,平衡____________移動,新平衡后HI的分解率____________,HI的體積分數____________。 (3)N2O4 2NO2平衡,減少N2O4的物質的量,平衡____________移動,N2O4的轉化率____________,N2O4的體積分數____________,NO2的體積分數____________。 分析:(1)同溫:
①B和C是“等效的” ②A C A變為B也相當于加壓。 B容器相當于加壓,平衡正向移動,更多的SO2和O2轉化為SO3,a%<b%。 (2)(a)判斷平衡移動:增大反應物HI濃度,平衡正移(或反應物HI濃度增大,v正增大,v正>v逆,說明平衡正向移動)。理解:加入HI原平衡被破壞,新加入的HI又分解為H2和I2,即正向移動(注意:不能得出HI分解率增大的結論)。 (b)判斷含量變化和分解率變化:同溫下,比如原起始時1molHI(VL),現起始時相當于2molHI(VL),相當于加壓,分別達到平衡,兩平衡中HI的分解率相同,同種物的含量相同,HI分解率不變,體積分數不變。 (3)減小反應物N2O4濃度,平衡逆向移動(或反應物N2O4濃度減小,v正減小,v正<v逆,說明平衡逆向移動)。理解:原平衡破壞,小部分NO2又化合生成N2O4(注意:不能得出N2O4的轉化率如何變化的結論)。 結論:(1)判斷平衡移動:應用濃度改變對平衡的影響來判斷。 (2)判斷含量變化和轉化率變化:恒溫恒容條件下,若反應物只有一種,增大(或減小)此物的量,相當于加壓(或減壓)來判斷;若反應物不止一種,同倍數增大(或減小)各反應物的量,相當于加壓(或減壓)來判斷。 2.先練習鞏固上次的思路,再討論第二類:在恒溫恒壓條件下的應用。 例2.恒溫恒壓: (1)加入1molN2和3molH2達到平衡,N2體積分數為a%,N2轉化率為b%;若再加入1molN2和3molH2,平衡正向移動,新平衡后N2體積分數為a%,N2轉化率為b%;若減少0.5molN2和1.5molH2,平衡逆向移動,新平衡后N2體積分數為a%,N2轉化率為b%,平均摩爾質量不變。 (2)H2+I2(氣) 2HI,加入1molH2和2molI2(氣)達到平衡,若H2減少0.5 mol,I2減少1mol,平衡逆向移動,各物質含量不變。 分析:(a)判斷平衡移動(略)。 (b)恒溫恒壓,若1molN2和3molH2達到平衡時為VL,則又加1molN2和3molH2達到平衡時為2VL,各同種物的濃度相同,是等效的,轉化率相同,各同種物的含量相同,平均摩爾質量相同。 結論:恒溫恒壓條件下,只要保持相當于兩反應物的物質的量之比為定值(可以任意擴大或縮小),即各同種物的物質的量濃度相同,均是等效關系。 3.第三次滲透是在可逆反應計算學習以后,學生已學會應用極限法和三步計算模式,再討論第三類:“等效平衡”在計算中的應用。 三、探求簡便方法 如果求得簡便易懂的方法,難點不攻自破。我們將三步計算模式(始、變、平)改變為“變形三步”模式(始、變、始′),用于“等效平衡”的計算非常簡單易學。關鍵是理解其中“平”變為“始′”,所以“變形三步”中的“始”與“始′”是等效關系。例3.在一定溫度下,把2molSO2和1 molO2通過一個一定容積的密閉容器里,發生如下反應:2SO2+O2 2SO3。當此反應進行到一定程度時,反應混合物就處于化學平衡狀態。現在該容器中,維持溫度不變,令a,b,c分別代表初始加入SO2,O2,SO3的物質的量。如果a,b,c取不同的數值,它們必須滿足一定的相互關系,才能保證達到平衡時,反應混合物中三種氣體的體積分數仍跟上述平衡時的完全相同,請填寫下列空白: (1)若a=0,b=0,則c=_____________; (2)若a=0.5,則b=_____________和c=_____________; (3)若a,b,c取值必須滿足的一般條件是(請用兩方程式表示,其中一個只含a和c,另一個只含b和c)_____________。 分析:均是等效平衡關系。 解:(1)c=2 (2)2SO2+O2 2SO3 始 2 1 0 變 1.5 0.75 1.5 b=0.25 始′ 0.5 0.25 1.5 c=1.5 (3)2SO2 + O2 2SO3 始 2 1 0 變 2-a1-b c 始′ a b c (2-a)/c=2/2 a+c=2 (1-b)/c=1/2 2b+c=2 恒溫恒壓時,必須用物質的量濃度的值代入計算。 例4.某恒溫恒容的密閉容器充入3molA和2molB,反應:3A(氣)+2B(氣) xC(氣)+yD(氣)達到平衡時C的體積分數為m%。若將0.6molA,0.4molB,4molC,0.8molD作為起始物充入,同溫同容下達到平衡時C的體積分數仍為m%,則x=_____________,y=_____________。 解:3A+ 2B xC+yD 始 3 2 0 0 變3-0.6 2-0.4 4 0.8 始′0.6 0.4 40.8 (3-0.6)/4=(3/x) x=5 (4/0.8)=(x/y) y=1 應用上述方法教學后,絕大部分學生認為:思路清晰、方法易學、有鉆研興趣。和測試結果均是做題快,準確度高。